Источники питания

Январь 10, 2017

intellcity

Застой в области разработки аккумуляторная батарей очевиден для всех. Мобильные устройства в лучшем случае держатся на одном заряде двое дней, и это считается красивым показателем. Но значительно чаще планшеты и наши смартфоны еле доживают до вечера.

За последнее десятилетие энергопотребление мобильных устройств выросло многократно, но аккумуляторная батареи топчутся на месте.
Смотрите кроме этого: Рейтерс: Xiaomi выпустит личный планшет

Компания Xiaomi, узнаваемая в качестве производителя смартфонов, собирается приступить и к продажам планшетов. Об этом информирует ресурс Рейтерс, ссылаясь на осведомленные источники. Возможно, релиз первого планшета Xiaomi состоится уже на этой неделе. На 15 мая в Пекине запланировано особое мероприятие, на котором будут представлены новые продукты.

Но в компании пока не торопятся поделиться какой-либо информацией о новинках. Источники Рейтерс не смогли подтвердить, что релиз планшета состоится как раз в рамках этого мероприятия. Отметим, Xiaomi уже давно проявляет интерес к рынку планшетов.

Это стало одной из обстоятельств, из-за чего мы используем в обоих поколениях YotaPhone дисплеи на электронных чернилах, они очень экономичны. Но неприятность источников питания есть крайне важной не только для планшетов и смартфонов. Множество устройств и гаджетов применяют батареи и аккумуляторная батареи.

И исходя из этого мы желаем предложить вам в качестве материала для размышления перевод статьи, в которой весьма интересно и говорит о прошлом, настоящем и вероятном будущем носимых источников питания.Мало кто вспоминает об электрических батареях до того момента, в то время, когда они разряжаются. Но эта утилитарная и нежданно старая разработка дала многое людской цивилизации.

Практически, современный мир не существовал бы в собственном сегодняшнем виде, если бы не батареи с их совсем неповторимой свойством хранить и отдавать электрическую энергию. Без батарей не было бы мобильной электроники, любых компактных электроприборов, включая фонарики. Мы были бы намертво «привязаны» к стационарным розеткам.

Давайте совместно отыщем в памяти историю появления данной технологии, оценим её сегодняшнее состояние и попытаемся спрогнозировать предстоящее развитие.Исторический экскурсБагдадская батареяВ 1936 году в развалинах деревни в окрестностях Багдада были обнаружены покрытые чем-то необычным терракотовые кувшины. Их возраст был датирован или эрой Парфянского царства, или Сасанидской империи. Назначение кувшинов осталось малоизвестным, и их отдали в Национальный Музей Ирака.

2 года спустя они попались на глаза германскому археологу Вильгельму Кёнигу. Через некое время он опубликовал отчёт, в котором высказал предположение, что эти кувшины — предшественник гальванического элемента.Кувшины были высотой 14 см, в пребывала маленькая бронзовая трубка (свёрнутая из страницы). В трубку посредством асфальтовой пробки был засунут старый металлический пруток.

Кувшин имел возможность заполняться раствором кислоты либо щёлочи: лимонным, виноградным соком либо уксусом. Исследователи уверены в том, что такая батарея давала не сильный, но стабильное напряжение от 0,8 до 2 В. Кроме этого имеется вывод, что эти кувшины употреблялись в религиозных либо целительных церемониях. В древности электрические батареи по большому счету довольно часто употреблялись как средство лечения, потому, что были загадочным явлением, тайной судьбы.

Но и сейчас не найдено аналогов Багдадской батареи, так что медицинская версия в отношении неё ничем не подкреплена.Гальванический элементКак вы понимаете из курса школьной биологии, лягушачьи лапки употребляются для демонстрации сокращения мышц под действием электрического тока. Это явление в первой половине 70-ых годов восемнадцатого века открыл Луиджи Гальвани, доктор наук Болонского Университета.

В соответствии с легенде, он снимал с лягушки кожу, приколов бронзовыми булавками к столу, на котором перед этим проводил опыты со статическим электричеством. Помощник Гальвани забрал со стола скальпель (что, по случайности, был заряжен на протяжении прошлого опыта) и прикоснулся к оголённому нерву лягушки. Появилась искра, нога дёрнулась, а Гальвани осенило, что заряд переносится ионами. В действительности, он не думал так в буквальном смысле.

Гальвани сделал вывод, что «животное электричество», само рождающееся в тканях, передаётся «электрическими флюидами». Данный ошибочный взор продержится в науке около 30 лет. Однако, открытие Гальвани положило начало современным батареям и стало называться «гальванический элемент».

Вольтов столбГальвани придерживался мнения относительно происхождения электричества в живых существах до самой смерти. Он считал, что его создают бедренные мускулы. Одним из первых современников Гальвани, воспроизведшим его опыт, стал Алессандро Джузеппе Антонио Вольта, доктора наук экспериментальной физики в Университете Павии.

Вольта обратил внимание, что лапки лягушки не только реагировали на электричество, но и проводили его.Для доказательства этого доктор наук собрал установку, складывающуюся из стопки серебряных и цинковых дисков, поделённых пропитанной рассолом тканью. Вольта желал сделать эту стопку максимально высокой. Так на свет показался «вольтов столб», первая в мире электрическая батарея.

Благодаря «столбу» Вольта открыл и закон имени себя о разности потенциалов.«Вольтов столб» повлёк за собой последовательность открытий, сделанных вторыми учёными, к примеру, явление электролиза. В качестве электролитов стали употреблялись разные жидкости, а также раствор соляной кислоты. Самая большая модификация изобретения Вольты была создана во второй половине 60-ых годов XIX века.

Жорж Лекланше поместил катод и цинковый анод из углерода и диоксида марганца в раствор хлорида аммония. В следствии генерировался ток с напряжением 1,4 В (уникальный «столб» разрешал достигнуть 0,4 В). Это эквивалентно напряжению современных алкалиновых батареек.

Изобретение Лекланше употреблялось в первых телефонных совокупностях и положило начало современным батареям на сухих элементах, каковые употребляются в большинстве гаджетов.Видовое разнообразиеВсе батареи делятся на два класса: первичные и вторичные. Большая часть первичных батарей относятся к щелочным с цинковым либо литиевым анодом. Они достаточно дёшевы в производстве и предназначены для утилизации по окончании иссякания заряда.

Вторичные батареи (аккумуляторная батареи) в большинстве собственное представлены тремя видами: свинцово-кислотными, никелевыми и литий-ионными. В производстве они пара дороже, чем первичные. Их возможно применять много раз, что разрешает значительно экономить средства и меньше загрязнять внешнюю среду.Батареи классифицируются не только по возможности повторного применения, но и по типу применяемых элементов:• Гальванические (жидкостные) элементы.

Ветшайший тип батарей, применяющий жидкий электролит для «транспортировки» ионов. Активно используются в автомобилестроении и для питания разных домашних устройств.• Сухие элементы. Устроены практически так же, как гальванические, за исключением отсутствия жидкости в их составе: электролит содержится в виде мокрой пасты, что значительно надёжнее.

Смогут использоваться для первичных и вторичных батарей.• Элементы с солевым расплавом. Используются в индустрии. В них соль нагрета до температуры плавления и эта жидкость играет роль электролита. Такое ответ разрешает достигнуть высокой электрической ёмкости батарей.• Резервные элементы. Ёмкость с электролитом отделена от элементов, что разрешает хранить их долгое время без утраты заряда.

Такие конструкции значительно чаще употребляются в научных и военных целях.Что объединяет между собой все виды батарей? Тот факт, что все они являются вариациями вольтова элемента, генерирующего электричество благодаря протеканию химической реакции. Любой элемент условно складывается из трёх компонентов: двух электролита и электродов, через что протекают ионы на протяжении окислительно-восстановительной реакции.

При таком разнообразии видов батарей, сравнить их между собой, на первый взгляд, возможно по ёмкости. Но это справедливо только в том случае, если батареи однообразны по конструкции и размеру. Длительность работы батареи значительно зависит от её вида и типа прибора, в котором она употребляется.

К примеру, первичные щелочные батареи в большинстве случаев имеют более высокую большую ёмкость, но на деле достигают её тогда, в то время, когда потребление тока достаточно не сильный: в детекторах дыма, детских игрушках и т.д. Литиевые вторичные батареи, иначе, в большинстве случаев имеют пара меньшую ёмкость, но трудятся продолжительнее и стабильнее в устройствах с высоким потреблением, к примеру, цифровыхкамерах . Давайте разглядим подробнее любой вид батарей.

ПервичныеЩелочные батареи являются самыми распространёнными, они занимают около 70% рынка. Согласно данным на 2011 год в мире было произведено 10 млрд штук. Значительно чаще в этих батареях анод изготовлен из цинковой пудры, что увеличивает неспециализированную площадь поверхность и содействует протеканию тока. Катод в большинстве случаев изготавливается из углерода диоксида и смеси марганца.

В отличие от остальных батарей с цинковым анодом, в щелочных в качестве электролита употребляется гидроксид калия, а не хлорид аммония либо цинка. Исходя из этого щелочные батареи имеют более высокую удельную ёмкость, продолжительнее помогают и сохраняются (3-5 лет, простые цинковые — 2-3 года). Первоначально напряжение образовывает 1,55—1,7 В, неспешно понижаясь до 0,8. Низкая температура весьма слабо отражается на работоспособности.Самыми недорогие в производстве первичные элементы — сухие углеродно-цинковые.

Обычно безвозмездно идут в наборе с главным товаром. Целесообразнее всего применять их в устройствах с низким и средним энергопотреблением: пультах ДУ, фонарях, часах. Отличаются низкой длительностью работы.У хлорид-цинковых элементов удельная ёмкость приблизительно на 50% выше, чем у углеродно-цинковых.

Они на 20% тяжелее, значительно продолжительнее действующий при высоком потреблении энергии, продолжительнее сохраняются, лучше сохраняют заряд при низкой температуре.Существует отдельный вид щелочных батарей, в которых анод изготовлен из лития либо его сплавов. Катод из диоксида марганца загружён в электролитическую пасту из растворённых солей лития.

У батарей типоразмеров АА и ААА напряжение может колебаться от 1,5 до 3,7 В. Литиевые щелочные батареи трудятся приблизительно в два раза продолжительнее щелочных в условиях большого энергопотребления, благодаря высокой ёмкости и низкому внутреннему сопротивлению. Срок хранения достигает 10 лет. Но всё это отражается на их цене. Как самый действенно применять первичные батареи?

Во-первых, хранить их лучше в холодильнике. Это разрешает замедлить химическую реакцию, протекающую в батареях, и продолжить срок хранения приблизительно на 5%. Не забудьте положить их в пакет без доступа жидкости, дабы не корродировали.

Перед применением разрешите время нагреться до комнатной температуры.Кое-какие производители, наоборот, советуют хранить батареи при относительной 18-25 градусов влажности и температуре Цельсия 35-65%. При этих условиях щелочные батареи сохраняются 5-7 лет, углеродно-цинковые — 3-5, литиевые — 10-15 лет.Избегайте хранения первичных батарей при температуре более чем 25 градусов, это очень сильно активизирует их саморазряд. Ни при каких обстоятельствах не пробуйте их зарядить, это приведёт к взрыву.

А брызги тёплого электролита принесут вам мало наслаждения. ВторичныеУ этого типа батарей — аккумуляторная батарей — имеется возможность направить в противоположную сторону протекание химической реакции. Для этого нужно принудительно поменять и направление протекания тока.

Как уже упоминалось, имеется три главных вида аккумуляторная батарей: свинцово-кислотные, никелевые и литий-ионные. Они весьма активно применяются во множестве сфер, от мобильных телефонов до вычислительных центров.Никелевые аккумуляторная батареи делятся на никель-кадмиевые (NiCd) и никель-металлгидридные (NiMH). В первых электроды изготовлены из кадмия закиси и гидрата никеля.

Никель-кадмиевые аккумуляторная батареи выдают напряжение около 1,2 В, прекрасно действующий при низкой температуре, срок и ёмкость работы не понижаются при высоком энергопотреблении. Но у них достаточно маленький срок хранения заряда.Значительно шире распространены никель-металлгидридные аккумуляторная батареи. Анод вместо кадмия изготовлен из сплава редкоземельных металлов (лантана, церия, празеодима и неодима). В качестве электролита употребляется гидроксид калия.

При напряжении в 1,2 В, ёмкость NiMH-аккумуляторная батарей в несколько раз выше, чем у NiCd, и сравнима с литий-ионными.NiMH-аккумуляторная батареи активно применяются в гибридных машинах, и в целом полностью вытеснили NiCd. Их продолжительность работы при высоком энергопотреблении значительно выше, чем у щелочных батарей. Основной недочёт — весьма стремительный саморазряд, достигающий 20% в первоначальный сутки и около 4% каждую последующую семь дней.

Высокая температура очень сильно снижает срок работы.Как самый действенно применять NiMH-аккумуляторная батареи? При интенсивном режиме зарядки возрастает вероятность перезаряда и внутреннее сопротивление, что укорачивает срок работы и может привести к выходу из строя. В случае если вам необходимо продолжительное время хранить аккумуляторная батареи, разрядите его приблизительно на 60% и поместите в холодильник.

Кое-какие производители советуют всецело разрядить аккумулятор, а позже закоротить контакты перед долгим хранением. Это полезно делать и при простом применении приблизительно через каждые 30 циклов, дабы снизить «эффект памяти», что выражается в постепенном понижении ёмкости аккумулятора.Литий-ионные (Li-ion) аккумуляторная батареи значительно чаще применяют в разной электронике: смартфонах, планшетах, ноутбуках, рациях и т.д.

Анод значительно чаще является стопкой из миллионов узких страниц графита. Если сравнивать с NiMH, Li-ion аккумуляторная батареи меньше, легче, имеют более высокую удельную ёмкость, прекрасно трудятся в широком диапазоне температур. У них значительно ниже скорость саморазряда по сравнению с другими вторичными батареями: 5-10% в месяц.Кроме этого у них имеется большие недочёты. Они достаточно дороги в утилизации и производстве.

Перезаряд ведет к перегреву, расплаву и, быть может, взрыву, а глубочайший разряд — к маленькому замыканию. Чтобы не было этого, в литий-ионные аккумуляторная батареи встраивают мелкие осуществляющие контроль схемы. Но это кроме этого снижает скорость зарядки.

Склонны к «эффекту памяти», исходя из этого приходят в негодность спустя пара лет эксплуатации либо пара сотен циклов.Как самый действенно применять Li-ion аккумуляторная батареи? При обычном применении, они помогают 3-5 лет. Высокая температура снижает данный показатель, лучше применять и хранить их при комнатной температуре. Потому, что ёмкость неспешно понижается при каждой разрядке, лучше иногда подзаряжать аккумулятор.

Это не означает, что необходимо всегда держать её всецело заряженной, напротив — все вторичные батареи нуждаются в периодическом «отдыхе».Не оставляйте электронику долгое время подключённой к сети, это ведет к окислению ячеек и очень сильно снижает срок работы. Перед долгим хранением лучше мало подзарядить аккумулятор: многие производители советуют покинуть не более 40%.

Батареи будущегоБлагодаря собственной довольно высокой удельной ёмкости, литий-ионные аккумуляторная батареи заняли главное положение. Но рост энергопотребления устройств опережает возможности по повышению эффективности аккумуляторная батарей. Исходя из этого деятельно исследуются другие разработки, к примеру, литий-силиконовая, при которой аккумулятор возрастает в количестве в 3 раза при полной зарядке и неспешно «сдувается» при истощении.

Наряду с этим ёмкость таких аккумуляторная батарей может на порядок превышать ёмкость Li-ion. Ещё одним кандидатом есть литий-воздушная разработка. Такие аккумуляторная батареи смогут иметь весьма высокую плотность энергии, сравнимую с двигателем внутреннего сгорания. Кроме этого возможно упомянуть суперконденсаторную разработку, которая подразумевает «хранение энергии посредством заряда, резонирующего на громадной поверхности материала в конструкции устройства».

ЗаключениеПервый коммерческий пример литий-ионного аккумуляторная батареи показался в первой половине 90-ых годов двадцатого века. В 1996 показались усовершенствованный вариант — литий-полимерный аккумулятор. С тех прошло 18 лет, и ничего значимого так и не было предложено.

Сравните, как наряду с этим выросло энергопотребление устройств за данный период. Тяжело сообщить, в то время, когда учёные смогут предложить адекватную замену современным аккумуляторная батареям. В далеком прошлом назрела необходимость в новой разработке, которая при сравнимых габаритах обеспечит ёмкость элементов питания хотя бы в несколько раз выше, чем на данный момент.

И никаких обнадёживающих новостей из стана разработчиков до сих пор не было.Имеется вывод, что в ближайшее десятилетие прорыв в данной области не случится. Соответственно создателям гаджетов нужно будет рассчитывать только на возможности текущих аккумуляторных разработок. Исходя из этого применение E-ink дисплея в YotaPhone остаётся целесообразным. В любом случае, мы пристально смотрим за новинками в области источников питания.

Нам кроме этого весьма интересно знать ваше вывод о ситуации, сложившейся в области компактных источников питания. Разделяете ли вы прогноз о ближайшем десятилетии стагнации? Возможно, вы обладаете информацией о перспективных источниках питания, каковые в недалеком будущем смогут поменять существующие разработки?

Источники питания

Случайная статья:

Источники питания

Похожие статьи:

Закрепленное видео

Свежие

Записи

Рубрики